Grundwissen für Wirtschaft und Technik
E-Book, Deutsch, 212 Seiten, eBook
Reihe: Vieweg Praxiswissen
ISBN: 978-3-8348-9458-8
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Dieses Buch soll Nichtingenieuren, die sich beruflich mit Produkten der Elektronik beschäftigen, die Möglichkeit geben, sich ein Stück auf dieses Fachgebiet zu begeben, um sowohl Aufgaben als auch Sprache und Vorgehensweise von Ingenieuren verstehen zu können. Ziel ist es dabei nicht, nach dem Lesen dieses Buches eine elektronische Schaltung entwickeln zu können. Im Vordergrund steht vielmehr ein generelles Verständnis für die Zusammenhänge und Grundbegriffe der Elektronik.
Dr. Marco Winzker ist Professor an der Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg und lehrt dort Elektrotechnik und Digitaltechnik.
Zielgruppe
Upper undergraduate
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;8
3;Einleitung;12
4;1 Bedeutung der Elektronik;12
4.1;1.1 Kurze geschichtliche Einordnung;12
4.2;1.2 Gesellschaftliche Bedeutung;14
4.3;1.3 Wirtschaftliche Bedeutung;16
5;2 Elektrische Ladung, Strom, Spannung;19
5.1;2.1 Elektrische Ladung;19
5.2;2.2 Strom und Spannung;20
5.3;2.3 Zusammenhang von Strom und Spannung;21
5.4;2.4 Darstellung als Schaltplan;22
6;3 Bauelemente der Elektronik;24
6.1;3.1 Passive Bauelemente;24
6.2;3.2 Aktive Bauelemente;26
6.3;3.3 Integrierte Schaltungen;28
6.4;3.4 Platinen;29
6.5;3.5 Weitere Komponenten;32
7;4 Analoge Signale;34
7.1;4.1 Grundformen analoger Signale;34
7.2;4.2 Amplitude und Frequenz;37
7.3;4.3 Frequenzbereiche technischer Systeme;39
7.4;4.4 Analoge Datenübertragung;41
8;5 Grundschaltungen der Analogtechnik;43
8.1;5.1 Schaltungsdarstellung in der Elektrotechnik;43
8.2;5.2 Diodenschaltungen zum Gleichrichten;45
8.3;5.3 Verstärkerschaltungen mit Transistoren;47
9;6 Digitale Signale;51
9.1;6.1 Digitaltechnik;51
9.2;6.2 Zahlendarstellungen und Codes;53
9.3;6.3 Darstellung und Übertragung digitaler Daten;56
9.4;6.4 Digitalisierung;58
10;7 Grundschaltungen der Digitaltechnik;61
10.1;7.1 Verarbeitung von digitalen Daten;61
10.2;7.2 Schaltungselemente;63
10.3;7.3 Speicherelemente;64
10.4;7.4 Implementierung digitaler Schaltungen;66
11;8 Halbleitertechnik und Dotierung;70
11.1;8.1 Aufbau der Materie;70
11.2;8.2 Leiter, Isolator, Halbleiter;73
11.3;8.3 Elektrische Leitung in Halbleitern;74
11.4;8.4 Dotierung von Halbleitermaterial;77
12;9 Dioden und Transistoren;80
12.1;9.1 pn-Übergang;80
12.2;9.2 Diode;83
12.3;9.3 Transistor;84
12.4;9.4 Schaltsymbole;86
13;10 Optoelektronik und Solartechnik;88
13.1;10.1 Eigenschaften von Licht;88
13.2;10.2 Optoelektronik;88
13.3;10.3 Solartechnik;90
14;11 Entwicklung elektronischer Systeme;94
14.1;11.1 Produktentwicklung;94
14.2;11.2 Spezi.kation und Schaltungskonzept;96
14.3;11.3 Schaltungsentwurf;99
14.4;11.4 Veri.kation;101
14.5;11.5 Rechnergestützter Schaltungsentwurf;102
15;12 Fertigung;105
15.1;12.1 Beschaffung elektronischer Komponenten;105
15.2;12.2 Fertigungsschritte;107
15.3;12.3 Auslagerung von Arbeitsschritten;111
15.4;12.4 Lebensdauer und umweltverträgliche Fertigung;112
16;13 Inbetriebnahme;115
16.1;13.1 Methodik;115
16.2;13.2 Ausstattung der Arbeitsplätze;117
16.3;13.3 Messgeräte;119
17;14 Wirtschaftliche Betrachtungen;123
17.1;14.1 Markteinführung von Produkten;123
17.2;14.2 Investitionen und Profit;125
17.3;14.3 Disruptive Technologien;127
17.4;14.4 Patente und ihre Bedeutung;129
18;15 Integrierte Schaltungen;133
18.1;15.1 Überblick;133
18.2;15.2 Aufbau integrierter Schaltungen;137
18.3;15.3 Entwicklung;139
19;16 Chip-Technologie;142
19.1;16.1 CMOS-Technologie;142
19.2;16.2 Funktionsprinzip der CMOS-Technologie;143
19.3;16.3 Physikalischer Aufbau;145
19.4;16.4 Herstellung;148
20;17 Halbleiterspeicher;151
20.1;17.1 Grundstruktur;151
20.2;17.2 Flüchtige Speicher;152
20.3;17.3 Nicht.üchtige Speicher;154
21;18 Elektronik im Kraftfahrzeug;156
21.1;18.1 Überblick;156
21.2;18.2 Anforderungen an Automobilelektronik;158
21.3;18.3 Steuerung und Regelung;160
21.4;18.4 Anwendungsgebiete;161
22;19 Bussysteme in der Automobiltechnik;163
22.1;19.1 Grundlagen von Bussystemen;163
22.2;19.2 Eigenschaften aktueller Bussysteme;166
23;20 Embedded System und Mikrocontroller;168
23.1;20.1 Anwendungsgebiete;168
23.2;20.2 Begriffsbestimmung;169
23.3;20.3 Software-Entwicklung für Embedded System;171
24;Anhang;174
24.1;A Fragen zur Selbstkontrolle;174
24.2;B Rechnen in der Elektronik;179
24.3;C Ausführliche Anwendungsbeispiele;184
24.3.1;C.1 Analogtechnik – Dämmerungsschalter;184
24.3.2;C.2 Digitaltechnik – Elektronischer Würfel;186
24.3.3;C.3 Fertigung – USB-Stick;190
24.3.4;C.4 Embedded System – Stoppuhr;195
25;Literaturverzeichnis;201
26;Abbildungsverzeichnis;203
27;Tabellenverzeichnis;206
28;Sachwortverzeichnis;207
Bedeutung der Elektronik.- Grundwissen.- Elektrische Ladung, Strom, Spannung.- Bauelemente der Elektronik.- Analog- und Digitaltechnik.- Analoge Signale.- Grundschaltungen der Analogtechnik.- Digitale Signale.- Grundschaltungen der Digitaltechnik.- Halbleitertechnik.- Halbleitertechnik und Dotierung.- Dioden und Transistoren.- Optoelektronik und Solartechnik.- Entwicklung und Fertigung.- Entwicklung elektronischer Systeme.- Fertigung.- Inbetriebnahme.- Wirtschaftliche Betrachtungen.- Mikro- und Nanoelektronik.- Integrierte Schaltungen.- Chip-Technologie.- Halbleiterspeicher.- Automobilelektronik und Embedded System.- Elektronik im Kraftfahrzeug.- Bussysteme in der Automobiltechnik.- Embedded System und Mikrocontroller.
12 Fertigung (S. 94-95)
In diesem Kapitel lernen Sie, . die wichtigsten Arbeitsschritte bei der Fertigung elektronischer Baugruppen kennen, . die Bedeutung der Beschaffung für die Fertigung, . Nutzen und Probleme der Auslagerung von Fertigungsschritten.
12.1 Beschaffung elektronischer Komponenten
Verfügbarkeit
Die Vorbereitung der Fertigung beginnt bereits während der Schaltungsentwicklung. Für alle verwendeten Bauelemente müssen Verfügbarkeit und Kosten überprüft werden. Schließlich ist es nicht ausreichend, dass ein Bauelement prinzipiell existiert, wenn es in einem Produkt eingesetzt werden soll. Es muss auch in ausreichender Stückzahl und zu kalkulierbaren Kosten für eine Produktion zur Verfügung stehen.
Bei einfachen Bauelementen ist die Verfügbarkeitmeist kein Problem.Widerstände und Kondensatoren werden von mehreren Herstellern angeboten. Falls ein Bauelement von einem Hersteller zeitweise nicht verfügbar ist, kann fast immer ein anderer Hersteller gewählt werden. Um eine Auswahl an Herstellern zu haben, sollten bei der Entwicklung möglichst nur Bauelemente mit Werten aus Normreihen verwendet werden. Diese sind außerdem kostengünstiger, da sie in größeren Stückzahlen produziert und nachgefragt werden.
Beispiel: Für eine Schaltung wird ein Kondensator mit 20 pF (Pikofarad) benötigt. In der Normreihe E6 sind jedoch nur dieWerte 10, 15 und 22 pF verfügbar. Darum sollte bei der Entwicklung geprüft werden, ob die Schaltung auch mit einem Wert von 22 pF funktioniert. Ist dies nicht möglich, ist es eventuell sinnvoll, zwei Kondensatoren mit je 10 pF zu kombinieren.
Auch bei Transistoren und Dioden sind vielfach vergleichbare Bauelemente von anderenHerstellern einsetzbar.Wenn die Bauelemente die gleichen Parameter haben, bezeichnetman den zweiten Hersteller als „Second Source". Sind die Parameter des alternativen Bausteins nicht exakt gleich, aber für die typischen Anwendungen fast übereinstimmend, spricht man von einem Ersatztyp. Für die meisten integrierten Schaltungen sind allerdings keine alternativen Hersteller oder Ersatztypen verfügbar. Dies liegt daran, dass die Hersteller ihre Entwicklungen nicht mit der Konkurrenz teilen wollen. Zwar gibt es manchmal vergleichbare Produkte mit ähnlichem Leistungsumfang, ein Ersatz in der Produktion ist jedoch nicht möglich, da sich die ICs in der konkreten Ausführung voneinander unterscheiden.
Beispiel: Ein Computer kann prinzipiell mit einem Prozessor von Intel oder AMD aufgebaut werden. Allerdings muss die Hauptplatine zu dem Prozessor passen. Es ist nicht möglich, in einem Computer einfach den Prozessor eines Herstellers durch einen Prozessor des anderen Herstellers auszutauschen.
Auch eher unscheinbare Bauelemente wie Steckverbinder können in den Mittelpunkt eines Projektes rücken, wenn sie für die Fertigung nicht verfügbar sind. Steckverbinder können sehr fortschrittliche Bauelemente sein, bei denen viele Leitungen auf kleinem Platz untergebracht sind, ohne dass sich die Leitungen gegenseitig stören. Darum muss generell bei allen Bauelementen die Verfügbarkeit sichergestellt werden.
Fertigungsplanung
Zur Vermeidung von Lieferengpässen ist eine gute Kommunikation zwischen Fertigung und Lieferanten nötig. Prinzipiell sollte die Fertigung möglichst rechtzeitig und möglichst genau den Bauteilbedarf an die Hersteller melden. In der Praxis ist dies natürlich nicht so einfach, da der Bedarf abhängig vom Markterfolg eines Produktes ist. Fertigung als Kunde und Bauteilhersteller als Lieferant sind normalerweise an langfristigen Geschäftsbeziehungen interessiert, haben jedoch auch unterschiedliche Interessen. Der Kunde möchte Zugriff auf möglichst hohe Stückzahlen haben, ohne sich zu verp.ichten, diese auch abzunehmen.
Der Lieferant hingegen möchte seinen Lagerbestand gering halten und möglichst genau so viel produzieren, wie von seinen Kunden bestellt wird. Für einen Betrieb, der elektronische Bauelemente verwendet, ist auf jeden Fall eine rechtzeitige Produktionsplanung erforderlich, denn oft kann ein Hersteller seine Produktion nicht kurzfristig steigern, so dass die Lieferzeit von Bauelementen mehrereMonate betragen kann.
